מטוטלת תהודה

מה רואים?

מטוטלת המורכבת ממשקולת כבדה במיוחד (350 ק"ג), עשויה מתכת ובטון, שתלויה על כבל. 

מה עושים?

האתגר – יש להזיז משקולת גדולה באמצעות מגנט קטן , מוזמנים/ות לנסות ולהבין איך זה מתאפשר בעזרת המדע!  

הניעו את המשקולת הגדולה באמצעות החוט והמגנט הקטן שקשור אליו באופן הבא: הצמידו את המגנט הקטן אל המשקולת, ומשכו קלות בחוט. כדי להגביר את טווח הנדנוד של המטוטלת במידה ניכרת, נצטרך להתאים את עצמנו לתדירות של המטוטלת – כלומר לקצב הנדנוד. במילים אחרות, יש למשוך את החוט רק כשהמשקולת נעה כלפינו, ולהרפות את המשיכה ברגע שהיא מתרחקת מאיתנו. 

מה מגלים?

תדירות הנדנוד של מטוטלת תלויה אך ורק באורך החוט שאליו קשורה המשקולת, ובתאוצת הכובד של כדור הארץ. אפשר להניע את המטוטלת הכבדה באמצעות משיכה קלה בחוט המחובר למגנט, אם פעולה זו נעשית בתיאום עם תדירותה הטבעית של המטוטלת. כפי שראינו משיכה חוזרת ונשנית, בתדירות המתאימה, תוסיף למטוטלת אנרגיה לפי עיקרון התהודה.

מושגים מדעיים

תדירות: מספר התנודות המתרחשות ביחידת זמן. 

תהודה: יצירת תנודות במערכת בתדירותה הטבעית באמצעות גל או כוח בעל אותה תדירות או בכפולות שלה.

משקל: כוח המשיכה שמפעיל כדור הארץ על גוף בעל מסה.

פאזה: מדד לתזמון של תנועה מחזורית.

סקרנים לדעת עוד?

• בשנת 1941 נחנך גשר מְצר טָקוֹמה במדינת וושינגטון שבארצות הברית. לאחר כמה חודשים נראה הגשר מתפתל ומתנדנד בחזקה לכל אורכו. באופן מפתיע, התנודות החזקות הללו התרחשו כשהרוח הייתה חלשה דווקא, ואילו ברוחות חזקות הוא כמעט לא התנודד. הגשר נחסם לתנועה בשל הסכנה, ובשלב מסוים פשוט התרסק אל המים שתחתיו.
  מדוע הגשר התנדנד כך? בגלל הרוח שנשבה סביבו, ובעיקר מעליו ומתחתיו. הרוח השפיעה על זרימת האוויר סביב הגשר באופן כזה, שהגדיל את טווח התנועה של הגשר מעלה ומטה לאורך הזמן. ממש כמו במתקן שלנו, הרוח "נדנדה" את הגשר מעלה ומטה בלי הפסקה עד לקריסתו.מסיבה זו התכנון המכני של כל מוצר – החל בטלפונים סלולריים ובמכונות כביסה, עבור בגשרים ומטוסים וכלה בגורדי שחקים – צריך להתחשב באפשרות שכוחות חיצוניים או פנימיים עלולים להביא את המוצר למצב של תהודה, שהיא תנועה במרחב או רטט.
   
• תופעת התהודה מוכרת לנו מתחומים רבים בחיינו, בין השאר במוזיקה. בכלי נגינה שונים, כגון גיטרה, המיתר הרוטט מפיק קול ותיבת התהודה שמתחתיו מגבירה את גלי הקול. גם התכנון האקוסטי של אולמות קונצרטים, למשל, מביא בחשבון את גלי הקול שמוחזרים מכל הקירות כך שנוצרת תהודה של צלילים מסוימים, שאף מוגברים ומועצמים.